Divers stimuli tels que l'ischémie, l'hypoxie et l'exercice peuvent induire la déplétion en ATP provoquant une déregulation de l'homéostasie énergétique. Cependant, les cellules disposant de mécanismes compensatoires pour contrebalancer et compenser le déficit de l'état énergétique cellulaire. Deux enzymes clés participent à la régulation du métabolisme énergétique cellulaire. La créatine kinase (CK) peut réagir immédiatement comme transporteur d'énergie. D'autre part la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK), régule au niveau cellulaire et du corps en entier la livraison et la consommation d'énergie. Dans ce travail de thèse, les outils de base pour realiser un criblage des cibles de l'AMPK ont d'abord été mis en place. Ce sont les protocoles multidimensionnelles pour la purification de protéines par HPLC et le criblage in vitro de cibles membranaires de l'AMPK, dont le sous-fractionnement des membranes et la separation par électrophorèse de type blue native PAGE. Différents candidats potentiels de l'AMPK ont été obtenus, et deux ont été confirmés par phosphorylation in vitro. Ensuite, une interaction entre les deux enzymes, l'AMPK et la CK, a été confirmée pour la première fois in vitro et in vivo. L'AMPK phosphoryle la créatine kinase cytosolique du cerveau (BCK) sur la serine 6 in vitro et in vivo. Cette phosphorylation a été mis en evidance à l'aide de tests de phosphorylation et d'un anticorps généré spécifique de la phospho-Ser6. Le system de double hybride en levure a montré que cette phosphorylation est acompagné par une interaction transitoire impliquant spécifiquement l'AMPK active et BCK non phosphorylé. La phosphorylation médiée par AMPK n'affecte pas l'activité enzymatique de BCK mais localise la kinase dans le réticulum endoplasmique (RE) in vivo. Le travail presente dans ce manuscript confirme une interaction entre les deux enzymes clefs dans l'homeostasis energetique. La caracherization in vitro et in vivo de la phosphorylation de la BCK par l'AMPK suggère que l'AMPK regule probablement l'associattion de BCK aux compartements subcellulaires et pas l'activité enzymatique. Cette localisation est induite par l'AMPK en cas de stress énergetique et peut soutenir des processus fortement dépendant de l'ATP dans ce microenvironnement, comme par exemple le pompage de calcium.

Les données de séquençage des génomes ont révélé une nouvelle famille de protéines UPF0079, comprenant des protéines de fonction inconnue qui sont exclusivement et largement présentes chez les bactéries et qui possèdent un motif A de Walker dans leur séquence. La caractérisation biochimique et l'élucidation du rôle physiologique de cette famille contribueront à élargir nos connaissances en biologie fondamentale, et sont également un préalable vers le développement de nouveaux composés antimicrobiens. Notre étude sur YdiB, un archétype de cette famille chez Bacillus subtilis a révélé à la fois l‟autophosphorylation de YdiB et son activité de protéine kinase. L‟activité kinase de double spécificité Ser/ Thr et Tyr de YdiB semble nécessiter son oligomérisation et semble être stimulée par des molécules basiques telles que des polyamines naturelles ou la poly-L-lysine. Les 10 résidus les plus conservés chez cette famille ont été étudiés afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire de YdiB. Concernant la caractérisation fonctionnelle de la phosphorylation liée à YdiB, l‟étude de l‟opéron ydiA-B-C-D-E de B. subtilis nous a permis de montrer que YdiB et YdiC fonctionnent comme un couple de protéine kinase/phosphatase de deux protéines substrats dont les fonctions seraient liées aux ribosomes, YdiD et YdiE. Une co-localisation partielle entre YdiB et les ribosomes a été observée. En outre, YdiB est capable de phosphoryler des protéines ribosomiques appartennant aux deux sous-unités 50S et 30S, ainsi que deux GTPases impliquées dans la biogénèse des ribosomes, EngA et EngB. Nous avons également démontré que EngA phosphorylée par YdiB est un substrat in vitro de la phosphatase YdiC. Enfin, basé sur le phosphoprotéome de Bacillus subtilis, des peptides mimant des sites de phosphorylation in vivo ont été utilisés. Certains entre eux sont phosphorylés in vitro par YdiB. Deux de ces peptides appartiennent à la superoxyde dismutase, SodA, dont l'activité in vitro et après purification est régulée positivement via la phosphorylation par YdiB. Nous avons ensuite constaté que les cellules de B. subtilis dépourvues du gène ydiB sont plus sensibles aux agents oxidants tels que le paraquat ou la norfloxacine. Nous proposons que, in vivo, YdiB fonctionne comme une protéine kinase impliquée dans l‟activité et/ou la stabilité des ribosomes dans des conditions physiologiques normales, et YdiB contribuerait à protéger les cellules contre les dommages du stress oxydatif.

Les protéines kinases sont responsables de la phosphorylation des protéines, une modification post-traductionnelle qui contrôle ainsi de manière très efficace et presque instantanée une multitude de processus cellulaires. Elles sont impliquées dans la régulation des voies métaboliques dans les organismes permettant leurs adaptations aux changements environnementaux. Chez les procaryotes, l'existence de sérine/thréonine et tyrosine kinases est resté pendant longtemps un sujet de controverse. Cependant, au cours des deux dernières décennies, de nombreuses études ont montré que ces types de phosphorylation (Ser/Thr/Tyr) existent chez les bactéries et sont impliqués dans la régulation d'une grande variété de processus biologiques. En plus de protéines kinases apparentés à des enzymes eucaryotes, les bactéries ont également des protéines kinases spécifiques n’ayant aucune ressemblance structurale avec des protéines eucaryotes ce qui, lorsqu’elles sont essentielles, les qualifient en tant que cible pour de nouveaux agents antimicrobiens. YdiB est une nouvelle protéine kinase bactérienne de Bacillus subtilis. La localisation d’YdiB a été étudiée par immunofluorescence révélant sa présence à proximité de la membrane plasmique. L'interaction d’YdiB avec les phospholipides a été étudiée par des essais de flottation et résonance plasmonique de surface. Ceci révèle la présence d'une interaction stable et forte entre la kinase et deux phospholipides: la phosphatidylsérine et la phosphatidyléthanolamine. En outre, la constante d'affinité (KD) entre YdiB et la phosphatidylsérine a été identifiée et est de l’ordre de 13.3x10-9 M. De plus, ces deux phospholipides, ainsi que leur têtes polaires, sont capables d'induire de manière significative l'autophosphorylation d’YdiB.Par ailleurs, le rôle d’YdiB dans la croissance bactérienne en particulier lors d’un stress oxydant a également été étudié dans la souche sauvage et dans le mutant ∆ydiB. Dans des conditions de stress oxydant, la souche ∆ydiB est incapable de survivre alors qu’une complémentation conditionnelle de ce mutant a permis de restaurer un profil de croissance normale de la bactérie. Cela révèle le rôle important joué par YdiB dans la résistance bactérienne au stress oxydant. En outre, des protéines impliquées dans la résistance au stress oxydant comme la superoxide dismutase F (SodF) et superoxide dismutase A (SodA) ont été testés comme substrats potentiels pour YdiB. Par des tests de trans-phosphorylation, nous avons pu montrer que SodA pourrait être un substrat potentiel pour YdiB expliquant ainsi son implication dans la résistance au stress oxydatif dans Bacillus subtilis. / Protein kinases are responsible of protein phosphorylation, a post-translational modification and a very effective and almost instantaneous control of a multitude of cellular processes. They are involved in the regulation of metabolic pathways in living organisms enabling their adaptation to environmental changes. In prokaryotes, the existence of serine/threonine and tyrosine kinases was, for a long time, a subject of controversy. However, over the past two decades, many studies have shown that these types of phosphorylation (Ser/Thr/Tyr) do exist in bacteria and are involved in the regulation of a wide variety of biological processes. In addition to protein kinases related to eukaryotic enzymes, bacteria also have some specific protein kinases having no structural resemblance to their eukaryotic homologues which, if essential, made them a possible target for new antimicrobial agents. YdiB is a novel bacterial protein kinase from Bacillus subtilis. In situ localisation of YdiB has been studied by immunofluorescence which reveals its presence near the plasma membrane. The interaction of YdiB with the membrane phospholipids was assessed by flotation assay and surface plasmon resonance demonstrating the presence of a stable and strong interaction between the kinase and two phospholipids: phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine. In addition, the affinity constant (KD) between YdiB and phosphatidylserine was found to be equal to 13.3 x 10-9 M. Moreover, these two phospholipids or just their charged headgroups were able to significantly induce the autophosphorylation of YdiB.On the other hand, the role of YdiB in the bacterial growth especially under oxidative stress was also studied in the wild-type strain and in ∆ydiB mutant. Under oxidative stress conditions, the deleted strain was unable to survive whereas a conditional complementation of ∆ydiB mutant was able to restore a normal growth profile for the bacterium. This reveals the important role played by YdiB in the bacterial resistance to oxidative stress. In addition, protein involved in the resistance to oxidative stress like Superoxide dismutase F (SodF) and superoxide dismutase A (Sod A) were tested as potential substrates for YdiB. Doing the trans-phosphorylation assay, we were able to prove that Sod B could be a potential substrate for YdiB thus explaining its involvement in the resistance to oxidative stress in Bacillus subtilis.

CDK5 est une protéine kinase exprimée de façon ubiquitaire et activée principalement dans le système nerveux central, ou elle joue un rôle important dans la transmission synaptique, la guidance axonale et la migration cellulaire, la plasticité synaptique et le développement neuronal. CDK5 est associée à la protéine p35 au niveau de la membrane cellulaire, et activée par clivage calpaine-dépendant de cette dernière en p25, ce qui conduit à la relocalisation de CDK5/p25 dans le cytoplasme cellulaire. CDK5/p25 phosphoryle de nombreux substrats dont la protéine Tau, contribuant ainsi à l’apparition de plaques neurofibrillaires responsable des pathologies neurodégénératives comme Alzheimer et Parkinson, lorsqu’elle est hyperactivée. Plus récemment, l’expression et l’hyperactivation de CDK5 a été décrite comme impliquée dans le développement de cancers et en particulier de tumeurs cérébrales. Toutefois aucune approche ne permet actuellement de détecter et de mesurer l’activité de CDK5/p25 directement dans des cellules vivantes, au sein des tissus et des tumeurs concernées, dû à un manque d’outils fiables et sensibles pour quantifier les changements dynamiques de son activité kinase. Par ailleurs, peu d’inhibiteurs sont actuellement disponibles pour inhiber CDK5/p25, de manière spécifique, la plupart ciblant la poche de fixation de l’ATP.Le premier objectif de ma thèse a consisté à développer un biosenseur d’activité fluorescent de nature peptidique appelé CDKACT5 qui rapporte l’activité kinase de CDK5/p25 recombinante et dans des extraits cellulaires de manière dynamique et réversible suivant stimulation ou inhibition de cette kinase. Une fois caractérisé et validé in vitro, le biosenseur a été appliqué à la détection d’altérations de CDK5/p25 dans différentes lignées cellulaires de glioblastome dans des essais fluorescents d’activité kinase. Enfin CDKACT5 a été introduit dans des cellules neuronales vivantes afin de suivre les changements dynamiques d’activité de CDK5/p25 par microscopie de fluorescence et vidéo microscopie.Le deuxième objectif de ma thèse a consisté à développer un biosenseur fluorescent conformationnel dans le but d’identifier des inhibiteurs non compétitifs de l’ATP ciblant la boucle d’activation de CDK5. Le biosenseur CDKCONF5 a été exploité pour réaliser un criblage haut débit de trois chimiothèques de petites molécules. Les touches identifiées ont été validées et caractérisées in vitro, pour déterminer leur potentiel inhibiteur dans des tests d’activité kinase et de prolifération cellulaire, ainsi que leur mécanisme d’action. Ces molécules constituent des candidats prometteurs pour une chimiothérapie sélective du glioblastome. / CDK5 is a protein kinase ubiquitously expressed but mainly activated in the central nervous system, where it plays an important role in neuronal functions such as synaptic transmission, axonal guidance and migration, synaptic plasticity and neuronal development. CDK5 is associated with p35 protein at the cell membrane, then activated by calpain-mediated cleavage of p35 into p25, which promotes relocalization of CDK5/p25 into the cytoplasm. CDK5/p25 phosphorylates a wide variety of substrates including Tau, thereby contributing to appearance of neurofibrillary plaques responsable for neurodegenerative pathologies such as comme Alzheimer’s et Parkinson’s, when hyperactivated. More recent studies suggest that CDK5 expression and hyperactivation are involved in glioblastoma during cell invasion and CDK5 expression has been reported to be correlated with the pathological grade of gliomas. However there are currently no tools available to monitor CDK5/p25 activity in its native cellular environment, in tissues or in tumours, due to an overall lack of reliable tools to quantify dynamic changes in its kinase activity in a sensitive and continuous fashion. Furthermore, few inhibitors are currently available to target CDK5/p25 in a specific fashion and most of them are ATP competitive inhibitors.The first goal of my thesis was to develop a fluorescent peptide biosensor named CDKACT5, that specifically reports on recombinant CDK5/p25 and on endogenous CDK5 activity in cell extracts in a dynamic and reversible fashion following stimulation or inhibition of this kinase. Once validated in vitro, this biosensor was applied to detect alterations in CDK5/p25 activity in different glioblastoma cell lines in fluorescent kinase activity assays. Finally CDKACT5 was introduced into cultured neuronal cells to monitor dynamic changes in CDK5/p25 activity by fluorescence imaging and time-lapse microscopy.The second goal of my thesis project consisted in developing a conformational fluorescent biosensor to identify non-ATP competitive inhibitors targeting the activation loop of CDK5. CDKCONF5 was implemented to perform a high throughput screen of three small molecule libraries. The hits identified were validated and characterized to determine their inhibitory potential in kinase activity and proliferation assays, as well as their mechanism of action. These compounds constitute promising for selective chemotherapy in glioblastoma.

Les bisphénols et les phtalates sont des contaminants environnementaux ubiquitaires du fait de leur utilisation massive dans la fabrication de divers produits de consommation. L’exposition à ces molécules est liée à de nombreuses pathologies, dont les cancers hormono-dépendants, mais les mécanismes moléculaires exacts par lesquels elles induisent leurs effets restent largement inconnus.Au cours de ce travail, nous avons étudié l’implication de la sérine thréonine kinase PKD1 dans l’effet de quatre bisphénols : bisphénol A (BPA), bisphénol AF (BPAF), bisphénol F (BPF) et bisphénol S (BPS) et deux phtalates (DEHP et MEHP) sur des cellules du cancer du sein et de la prostate.Nous avons ainsi montré que le BPAF, BPF, BPS, DEHP et MEHP stimulent de manière dose-dépendante la prolifération, la clonogénicité et la croissance indépendante de l’ancrage des cellules MCF-7 et que ces processus sont dépendants de l’expression de PKD1. En revanche, nous avons mis en évidence l’absence d’effet pro-prolifératif du BPA dans trois lignées de cancer de la prostate (LNCaP, PC3 et DU145). D’autre part, nous avons pu identifier que le BPA induit la phosphorylation de PKD1 dans les mitochondries. Enfin, nous avons démontré qu’il existe un effet cumulatif de certaines combinaisons de traitement de bisphénols et de phtalates et mis en évidence que le BPAF induit la transition épithélio mésenchymateuse des cellules MCF-7.Nos résultats permettent ainsi d’identifier PKD1 comme étant une cible moléculaire de certains bisphénols et phtalates dans les cellules MCF-7 fournissant de nouvelles connaissances sur les mécanismes d’action de ces molécules. / Bisphenols and phthalates are ubiquitous environmental contaminants due to their extensive use in the production of a variety of consumer products. Exposure to these molecules is linked to multiple pathologies including hormone-dependent cancers. However, the exact molecular mechanisms by which they exert their effects remain largely unknown.In our study, we analyzed the implication of the serine threonine kinase PKD1 in the effect of four bisphenols : bisphenol A (BPA), bisphenol AF (BPAF), bisphenol F (BPF) and bisphenol S (BPS) and two phthalates (DEHP and MEHP) on breast and prostate cancer cells.We thus showed that BPAF, BPF, BPS, DEHP and MEHP induce, in a dose-dependent manner, the proliferation, clonogenicity and anchorage independent growth of MCF-7 breast cancer cells, via a PKD1-dependent pathway. On the other hand, we showed that BPA does not have a pro-proliferative effect in three prostate cancer cell lines (LNCaP, PC3 and DU145). Furthermore, we determine that BPA induced the phosphorylation of PKD1 into the mitochondria. Finally, we demonstrated that BPAF stimulates epithelial to mesenchymal transition of MCF-7 cells and that co-exposure to combinations of bisphenols and phthalates induces cumulative proliferation effects in MCF-7 cells.Our results characterize PKD1 as a molecular target for bisphenols and phthalates in MCF-7 cells, providing new elements in the knowledge of the mechanisms of action of these molecules.

Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF, Brain-Derived Neurotrophic Factor) est une protéine qui joue un rôle essentiel dans la survie et la différenciation des neurones, ainsi que dans l'induction et l'expression de la plasticité synaptique (Deinhardt and Chao, 2014; Lu et al., 2005). Le BDNF est très exprimé à l'âge adulte et la réduction de son expression est impliquée dans de nombreuses maladies neurodégénératives et troubles psychologiques (Anastasia and Hempstead, 2014). Son action sur la plasticité synaptique est majeure pour la mise en place de fonctions cognitives et pour la mise en place de la mémoire (Bekinschtein et al., 2008; Egan et al., 2003).Le BDNF existant sous deux formes ayant des fonctions opposées, on peut parler d'effet Yin et Yang du BDNF (Lu et al., 2005). En effet, le BDNF est synthétisé en tant que molécule précurseur, le proBDNF, qui a des effets négatifs " Yin ". Par sa liaison au récepteur p75NTR, le proBDNF favorise l'apoptose, la rétraction dendritique et la dépression à long-terme. Au contraire, la forme clivée, le BDNF mature (mBDNF), se lie préférentiellement au récepteur TrkB qui active les voies de signalisation de survie cellulaire, de différentiation et de potentialisation à long terme. On parle alors d'effets positifs ou " Yang ". Le clivage de BDNF joue donc un rôle capital dans la régulation de sa balance fonctionnelle vers l'une ou l'autre voie. Il est généralement admis que le proBDNF est clivé en mBDNF par la furine dans le Golgi ou par la pro-protéine convertase 1/3 dans les vésicules de sécrétion (Mowla et al., 2001; Seidah et al., 1996). Le proBDNF restant n'ayant pas été clivé dans la cellule peut être sécrété et être rapidement clivé par la plasmine ou les métalloprotéases de matrice (MMP7) dans l'espace extracellulaire (Lee et al., 2001). Cependant, si les enzymes de conversion du BDNF sont bien connues, les mécanismes de régulation du clivage ne sont pas encore compris.Nous montrons ici un nouveau mécanisme de régulation de la maturation de BDNF via une phosphorylation qui impacte directement la balance fonctionnelle. En effet, nous montrons que la phosphorylation du résidu S130, localisé à l'interface entre le pro-domaine et le domaine mature, diminue l'efficacité du clivage du BDNF par la furine, régulant ainsi l'équilibre entre les formes immature et mature. Cette phosphorylation au site S130 est catalysée par les ectokinases FJX1 et FAM69B qui sont localisées dans l'appareil de Golgi avec BDNF. De plus, grâce à l'utilisation de souris transgéniques knock-in phospho-mutantes, nous montrons que la phosphorylation de BDNF, en favorisant la forme proBDNF, inhibe la potentialisation à long-terme et diminue la dynamique de plasticité des épines dendritiques après stimulation neuronale. Ces résultats suggèrent ainsi une nouvelle voie de régulation de la balance fonctionnelle de BDNF et suggèrent un rôle critique de la phosphorylation S130 dans les processus d'apprentissage et de la mémoire.En parallèle, la recherche de kinases potentielles de BDNF nous a amenés à identifier une exoPKA, localisée dans le Golgi et qui interagit directement avec BDNF. Cette exoPKA atypique phosphoryle BDNF au niveau de la sérine S130 et régule sa maturation et donc l'équilibre entre les formes pro et matures de BDNF. Cette exoPKA est différente de la PKA cytosolique ce qui suggère l'existence d'un nouveau mécanisme de régulation de la plasticité par PKA via BDNF. Enfin, nous sommes en train de tester le rôle de l'exoPKA sur la régulation négative de la plasticité synaptique via la régulation du clivage de BDNF. Ces résultats permettront de déterminer l'existence d'une dichotomie d'action de PKA sur la plasticité en fonction de la forme activée, cytosolique ou golgienne/sécrétée. / Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is a protein that plays an essential role in the survival and differentiation of neurons, as well as in the induction and expression of synaptic plasticity (Deinhardt and Chao, 2014; Lu et al., 2005). BDNF is highly expressed during adulthood and the reduction of its expression is implicated in many neurodegenerative diseases and psychological disorders (Anastasia and Hempstead, 2014). Its action on synaptic plasticity is critical for the establishment of cognitive functions and for the establishment of memory (Bekinschtein et al., 2008; Egan et al., 2003).BDNF exists as two forms with opposite functions, or Yin and Yang effects (Lu et al., 2005). Indeed, BDNF is synthesized as a precursor molecule, proBDNF, which has negative effects "Yin". By binding to the p75NTR receptor, proBDNF promotes apoptosis, dendritic retraction and long-term depression. In contrast, the cleaved form, mature BDNF (mBDNF), binds preferentially to the TrkB receptor that activates the signaling pathways promoting cell survival, differentiation, and long-term potentiation. Thus, mBDNF has positive effects or "Yang". The cleavage of BDNF therefore plays a key role in regulating its functional balance towards one or the other pathway. It is believed that proBDNF is cleaved into mBDNF by furin in the Golgi network or by pro-protein convertase 1/3 in secretory vesicles (Mowla et al., 2001; Seidah et al., 1996). The remaining proBDNF that has not been cleaved in the cell can be secreted and rapidly cleaved by plasmin or matrix metalloproteases (MMP7) into the extracellular space (Lee et al., 2001).Having diametrically opposite roles, together, mature BDNF and proBDNF allow fine regulation of neuronal survival and differentiation and of their activity-dependent synaptic plasticity (Lu et al., 2014; Yang et al., 2014). Since BDNF has critical roles in neuronal functions, it is not surprising that its expression and action are extremely regulated in time and space. However, even if the enzymes processing BDNF are well known, the mechanisms regulating BDNF cleavage are not yet understood.Here we show a new mechanism for the regulation of BDNF maturation via phosphorylation which directly impacts the functional balance. Indeed, we show that phosphorylation of the S130 residue, located at the interface between the pro- and the mature domain, decreases the efficiency of BDNF cleavage by furin, thus regulating the balance between immature and mature forms. This phosphorylation at the S130 site is catalyzed by ectokinases FJX1 and FAM69B which are localized in the Golgi apparatus with BDNF. Furthermore, by using phospho-mutant knock-in transgenic mice, we show that the phosphorylation of BDNF, by promoting the proBDNF form, inhibits the long-term potentiation and decreases the plasticity dynamics of the dendritic spines after neuronal stimulation. These results suggest a novel regulatory pathway for BDNF functional balance and suggest a critical role for S130 phosphorylation in learning and memory processes.In parallel, the search for potential kinases of BDNF led us to identify an exoPKA, located in the Golgi and interacting directly with BDNF. This atypical exoPKA phosphorylates BDNF at serine S130 and regulates its maturation and therefore the balance between the pro- and mature forms of BDNF. This exoPKA is different from the cytosolic PKA which suggests the existence of a new mechanism of regulation of plasticity by PKA via BDNF. Finally, we are testing the role of exoPKA on the downregulation of synaptic plasticity via the regulation of BDNF cleavage. These results will allow to determine the existence of a dichotomous action of PKA on plasticity whether cytosolic or Golgi/secreted PKA is activated.

La dépression est un trouble de l’humeur qui affecte environ 15% de la population mondiale et qui peut être déclenché par de nombreux facteurs incluant le stress. De plus, un débalancement de l’axe Hypothalmo-hypophyso-surrénalien est présent chez plusieurs patients dépressifs. À l’heure actuelle, les antidépresseurs se révèlent être le moyen le plus efficace pour traiter cette maladie. Les antidépresseurs exercent leur fonction thérapeutique principalement en activant le facteur de transcription CREB via la voie de signalisation AMPc-dépendante. Cette activation résulte en une augmentation de la transcription de certains gènes impliqués dans la protection et la survie cellulaire tel que BDNF. Or CREB peut aussi être activé par la voie de signalisation du calcium. Les travaux rapportés dans cette thèse traitent de la possible implication de protéines de la voie du calcium, plus particulièrement la CaMKKα et la CaMKKβ, dans le mécanisme d’action des antidépresseurs. Dans un premier temps, nous avons clôné l’ARNm de la CaMKKβ de la souris et avons étudié la distribution de l’expression génique des CaMKKs dans le système nerveux central de la souris. Ceci nous a permis de constater qu’elles étaient exprimées fortement dans les régions impliquées dans la dépression. Dans la deuxième phase des travaux, nous avons utilisé l’approche par hybridation in situ pour étudier l’effet d’un traitement chronique aux antidépresseurs sur l’expression génique des CaMKKs. De plus, nous avons utilisé une souris transgénique possédant une dysfonction des récepteurs aux glucocorticoïdes (GR) et servant comme modèle neuroendocrine de la dépression. L’analyse des différents degrés d’expression de l’ARNm des CaMKKs et de BDNF montre que différentes régions réagissent au traitement aux antidépresseurs ou au dysfonctionnement des GR. Parmi celles-ci, le cortex préfrontal et l’hippocampe se révèlent particulièrement intéressants par leur implication dans la dépression. L’ensemble de nos résultats nous permet de proposer que la voie de signalisation du calcium soit également une cible des antidépresseurs. / Major depression is a mood disorder that affect 15% of the population and that can be caused by various factors, including stress. Hypothalamo-pituiary-adrenal axis hyperactivity is present in a majority of depressive patients. Antidepressant drugs are the best therapy that exists to treat depression. They exert their therapeutic action by activating the AMPc signaling pathway and the transcription factor CREB, which leads to an increase in the transcription of genes implicated in cell protection and surviving, like BDNF. CREB can also be activated by the calcium-signaling pathway. This thesis reports the possible implication of the CaMKKα and CaMKKβ in the mechanism of action of antidepressants. We first cloned the mRNA of the mouse CaMKKβ and described the distribution of both CaMKKs in the mouse central nervous system. They were strongly expressed in brain regions that are implicated in major depression. Next, we used in situ hybridization to study the effect of chronic antidepressant treatment on the gene expression of the CaMKKs. Moreover, we used a transgenic mouse characterized by a dysfunction of the glucocorticoid receptors (GR) as a neuroendocrine model of depression. The analysis of the different levels of expression of the CaMKKs and BDNF shows that different brain areas react to antidepressants or to GR dysfunction. For instance, prefrontal cortex and hippocampus are of particular importance due to their implication in depression. Our results suggest that the calcium siganling pathway might be a target of antidepressant drugs.

Résumé : Malgré l’apport de nouvelles armes thérapeutiques, le cancer du sein reste la première cause de décès par cancer chez la femme de moins de 65 ans. Le cancer du sein dit «triple-négatif», un sous-type représentant environ 10 % des cancers du sein, est caractérisé par l’absence de récepteurs hormonaux aux oestrogènes et à la progestérone et aussi par l’absence d’expression du récepteur de croissance HER-2. Ce type de cancer considéré comme étant le plus agressif des cancers du sein, possède un profil clinique défavorable avec un haut risque de rechute métastatique. Les seuls outils thérapeutiques disponibles actuellement contre ce type de cancer sont la chimiothérapie et la radiothérapie, qui s’avèrent être très toxiques pour le patient et ne ciblent pas de manière spécifique la tumeur. Il a été ainsi démontré qu’il existe au sein du kinome (i.e. l’ensemble des protéines kinases du génome humain), 26 protéines kinases surexprimées dans le cancer du sein dit «triple-négatif» et dont le rôle s’avère être critique dans la croissance de ces cellules cancéreuses. Nous avons utilisé différentes méthodes computationnelles développées au sein de notre laboratoire afin de caractériser le site de liaison de l’ensemble de ces 26 protéines kinases. Plus précisément, nous avons calculé les similitudes entre les protéines kinases à plusieurs niveaux: 1. séquence globale, 2. séquence des sites de liaison, 3. structure des sites de liaison et 4. profils de liaison. Nous avons utilisé des outils de visualisation de données afin de mettre en évidence ces similarités. Le profil de liaison de 38 molécules inhibitrices a été déterminé pour un ensemble de 290 protéines kinases humaines, incluant 15 des protéines kinases appartenant à notre sous-ensemble de protéines d'intérêt. Ces profils de liaison sont utilisés pour définir les similarités fonctionnelles entre les protéines kinases d'intérêt, en utilisant le coefficient tau de corrélation des rangs de Kendall ([tau]). Nous avons effectué des simulations d’arrimage à l’aide du logiciel FlexAID, pour chacune des protéines et l’ensemble des 38 molécules inhibitrices afin d’élargir l’analyse précédente aux autres protéines qui n’ont pas été testé par Karaman et al. Grâce aux différentes études structurales et computationnelles effectuées ci-dessus, nous avons été à même de hiérarchiser les protéines kinases en fonction des similarités moléculaires vis-à-vis de leurs profils de liaison, en vue du développement futur d’outils thérapeutiques poly-pharmacologiques. // Abstract : Despite the development of novel therapeutic agents, breast cancer represents a major cause of death among women. Among breast cancer patients, triple negative (TN) breast cancer (TNBC) represents approximately 15% of cases. TNBC is characterized by the absence of the estrogen receptor, the progesterone receptor as well as the HER2 protein kinase. Recently, it has been shown that a subset of 26 protein kinases (TNVT set) is overexpressed in TNBC. Their inhibition in siRNA knockdown experiments leads to varying levels of growth inhibition in TN and sometimes non-TN cancer cell lines. These studies validate TNVT set kinases as potential therapeutic targets. The aim of this project is to characterize the binding site of TNVT set kinases using different computational methods developed in our research group and to determine which protein kinases of this subset could be more likely to bind similar ligands as part of a poly-pharmacological approach. We calculated global sequence similarities, binding-site sequence similarities and 3D atomic binding-site similarities for the TNVT set of kinases. This analysis shows that binding-site sequence similarities somehow reflect global sequence similarities. Binding-site 3D atomic similarities reflect binding-site sequence similarities but are more widespread. This may have potential functional consequences in terms of small-molecule molecular recognition. Such similarities can potentially lead to cross-reactivity effects but they can also be exploited in the development of multi-functional poly-pharmacological drugs. Recently, the dissociation constants (K[indice inférieur d]) of 38 small-molecule inhibitors for 290 protein kinases (including 17 kinases in the TNVT set) were calculated. These experimental bindingprofiles were used to define a measure of functional profile similarity using Kendall rank correlations ([tau]). We will present results using our docking program FlexAID for the 38 small-molecules tested by Karaman et al. against the 26 kinases in the TNVT set. Similar to experimental binding-profiles, the docking scores can be used to define docking bindingprofiles similarities using [tau] rank correlations. Docking binding-profile similarities are then used to cluster the 26 kinases in the TNVT set. Clusters represent subsets of kinases within the TNVT set with functionally similar binding-sites. Finally, we compare functional docking profile similarities to the sequence and 3D atomic similarities discussed above. This analysis will allow us to detect subsets of kinases in the TNVT set for which it may be possible to develop multi-functional inhibitors.

En premier lieu, en utilisant des inhibiteurs pharmacologiques du NF-[kappa]B, nous avons constaté que l'inhibition du facteur de transcription NF-[kappa]B chez ces cellules diminue de beaucoup l'expression génique et la sécrétion de diverses cytokines et chimiokines (TNF-[alpha], IL-8 ou CXCL8, Mip-1[alpha]/[bêta] induites par des stimuli tels que TNF-[alpha] ou LPS. Nous montrons ensuite que le complexe IKK (IKK[alpha], IKK[bêta], et IKK[gamma]) est aussi partiellement localisé dans le noyau, alors que les kinases reliées à IKK (IKK[epsilon] et TBK-1) sont cytoplasmiques; la kinase NIK, quant à elle, est strictement nucléaire. Suite à une activation des neutrophiles, IKK[bêta] et IKK[gamma] deviennent transitoirement phosphorylées dans le cytoplasme et le noyau, alors qu'IKK[alpha] disparaît temporairement de ces deux compartiments cellulaires d'une manière qui semble dépendante de IKK[bêta]. Ces réponses s'accompagnent, dans les deux compartiments, de la dégradation d'I[kappa]B[alpha] et de la phosphorylation du RelA sur la sérine 536. Bien que les deux protéines puissent être des substrats de IKK, l'inhibition de ce dernier empêche la dégradation d'I[kappa]B[alpha], tandis que le niveau de phosphorylation du RelA est essentiellement inchangé. Nous apportons enfin une preuve que des isoformes de IKK nucléaires s'associent à la chromatine suivant l'activation des neutrophiles, ce qui suggère un rôle potentiel dans la régulation de gènes. Deuxièmement, nous rapportons que les neutrophiles expriment la MAP3K, TAK1, ainsi que ses partenaires associés, TAB1/2, dans le cytoplasme et le noyau. La kinase TAK1 est associée de façon constitutive aux protéines TAB1 et TAB2, ainsi qu'au complexe IKK[alpha]/[bêta] dans les neutrophiles au repos. Le niveau d'interaction de ces complexes demeure inchangé suite au traitement des neutrophiles avec le TNF-[alpha] ou le LPS. La kinase TAK1 devient rapidement et transitoirement activée suite à une stimulation des cellules avec le TNF-[alpha] ou le LPS. L'inhibition de l'activité kinase de TAK1 avec un inhibiteur hautement sélectif (5z-7-oxozeaenol) a empêché la phosphorylation d'IKK[alpha]/[bêta], de RelA, et la dégradation de I[kappa]B[alpha] dans les fractions cytoplasmiques et nucléaires, ainsi que la liaison à l'ADN du NF-[kappa]B dans des neutrophiles activés.En conséquence, l'expression et la sécrétion de cytokines inflammatoires induites par le TNF-[alpha] ou le LPS ont été profondément altérées suivant une inhibition de TAK1.En revanche, la phosphorylation de IKK[gamma] induite par le LPS n'a pas été affectée par l'inhibition de TAK1. Finalement, nos résultats indiquent que l'activation du NF-[kappa]B et les réponses cellulaires dépendantes du NF-[kappa]B sont indépendantes des ROS endogènes dans les neutrophiles humains primaires ou dans la lignée promyélocytaire PLB-985, qui peut être différenciée en granulocytes et se comporte comme les neutrophiles. Parallèlement, nous avons optimisé les conditions de transfection des PLB-985 différenciées, ce qui nous a permis de montrer pour la première fois l'activation de promoteurs [kappa]B-dépendants chez des granulocytes humains. Ces travaux rendent par ailleurs possibles les études portant sur l'activation des promoteurs chez les granulocytes. Dans leur ensemble, ces observations démontrent l'importance du NF-[kappa]B dans la génération inductible de cytokines et chimiokines par les neutrophiles. Il s'agit de la première étude qui montre la présence et l'activation (phosphorylation) du complexe IKK et la phosphorylation des protéines NF-[kappa]B/Rel dans les neutrophiles humains. Plus important encore, nos résultats dévoilent un mode d'activation de la cascade de signalisation IKK/I[kappa]B/NF-[kappa]B dans le noyau de cellules primaires. Nos données établissent également le rôle central de TAK1 dans le contrôle de la cascade de signalisation IKK/I[kappa]B/NF-[kappa]B cytoplasmique et nucléaire dans les neutrophiles primaires humains, ce qui pourrait représenter une cible prometteuse pour une intervention thérapeutique considérant le rôle critique des neutrophiles dans plusieurs conditions inflammatoires.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.